EP1076409B1 - Power control circuit of an electric consumer - Google Patents
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- H02P3/00—Arrangements for stopping or slowing electric motors, generators, or dynamo-electric converters
- H02P3/06—Arrangements for stopping or slowing electric motors, generators, or dynamo-electric converters for stopping or slowing an individual dynamo-electric motor or dynamo-electric converter
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Leistungssteuerung eines elektrischen Verbrauchers, insbesondere eines Motors in einem Staubsauger, durch die die Leistung des Verbrauchers durch ein steuerbares Halbleiterschaltelement steuerbar ist und in der eine Strombegrenzungsschaltung zur Laststrombegrenzung des Verbrauchers angeordnet ist.The invention relates to a circuit arrangement for power control of an electrical load, in particular an engine in a vacuum cleaner, through which the power of the consumer is controlled by a controllable semiconductor switching element and in which a current limiting circuit for load current limiting of the consumer is arranged.
Schaltungen zur Einschaltstrombegrenzung sind in vielfältiger Form bekannt, beispielsweise aus der
Im übrigen wird der Motor durch eine Steuerschaltung mit Spannung beaufschlagt. Die Steuerschaltung weist zur Steuerung des Motors ein Halbleiterbauelement auf, beispielsweise einen Triac.Otherwise, the motor is supplied with voltage by a control circuit. The control circuit has a semiconductor component for controlling the motor, for example a triac.
Der Nachteil einer Strombegrenzungsschaltung besteht darin, daß sie je nach Ausführungsart verlustbehaftet ist, was zu einem erhöhten Spannungsabfall in der gesamten Schaltungsanordnung führt und somit eine geringere Spannung am Motor verursacht, so daß dieser eine geringere Leistung aufweist, als bei voller Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Netzspannung möglich wäre.The disadvantage of a current limiting circuit is that it is lossy depending on the embodiment, which leads to an increased voltage drop in the entire circuit arrangement and thus causes a lower voltage to the motor, so that it has a lower power than at full utilization of the available Mains voltage would be possible.
Derzeit werden diese Verluste durch aufwendige Schaltungen, beispielsweise durch Mikrocontroller-Schaltungen oder durch Lösungen mit besonderen flachen Anschnittschaltkreisen verringert.Currently, these losses are reduced by expensive circuits, for example by microcontroller circuits or solutions with special flat gate circuits.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß die Strombegrenzungsschaltung nach dem Ende der Einschaltphase oder einer Hochlaufphase wenigstens im wesentlichen keine Spannung mehr verbraucht.It is the object of the invention to improve a circuit arrangement of the type mentioned in such a way that the current limiting circuit consumes at least substantially no voltage after the end of the switch-on phase or a run-up phase.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit der Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 1 gelöst.This object is achieved with the circuit arrangement according to
Damit entfallen beim Übergang von der Anlaufphase in den normalen Betrieb mit einem Nennstrom, der weit geringer ist als der Spitzenstrom während der Anlaufphase, also beispielsweise bei einem Staubsauger zwischen 6 und 7 A beträgt, die elektrische Verluste verursachenden Schaltungselemente der Strombegrenzungsschaltung. Die volle Netzspannung steht somit zur Versorgung des Motors zur Verfügung, so daß dieser mit voller Leistung arbeitet.This eliminates the transition from the start-up phase to normal operation with a rated current that is far lower than the peak current during the start-up phase, so for example in a vacuum cleaner between 6 and 7 A, the electrical losses causing circuit elements of the current limiting circuit. The full mains voltage is thus available to supply the motor so that it operates at full power.
Erfindungsgemäß wird lediglich ein einfach aufgebautes zeitabhängiges Stellglied eingesetzt, um die Strombegrenzungsschaltung abzuschalten, so daß im Unterschied zum Einsatz eines Microcontrollers oder einer aufwendigen Schaltung ein einfaches Mittel geschaffen wird, um Stromverluste zu vermeiden.According to the invention, only a simple time-dependent actuator is used to turn off the current limiting circuit, so that in difference To use a microcontroller or a complex circuit a simple means is created to avoid power losses.
Die Erfindung läßt sich ebenso bei einer Schaltungsanordnung zur Leistungssteuerung wie zu Leistungsregelung des Verbrauchers einsetzen. Das Schaltmittel ist erfindungsgemäß ein zeitabhängiger Schalter, der verzögert schaltet, d. h. beispielsweise geschlossen oder geöffnet wird, je nach Schaltungsauslegung und Position des Stellgliedes in der Schaltung oder ist ein schaltendes Halbleiterelement.The invention can also be used in a circuit for power control as well as power control of the consumer. The switching means according to the invention is a time-dependent switch, which switches delayed, d. H. For example, closed or opened, depending on the circuit design and position of the actuator in the circuit or is a switching semiconductor element.
Die Zeitverzögerung wird erfindungsgemäß entweder direkt in Abhängigkeit der Zeit nach dem Einschalten der Netzspannung erreicht oder indirekt über die Abhängigkeit eines oder mehrerer Betriebszustände des Verbrauches, beispielsweise eines Universalmotors, oder der Umgebung des Verbrauchers. Hierunter ist beispielsweise die Erwärmung der Umgebung zu verstehen, die sich beispielsweise durch einen erhöhten Widerstand eines PTC-Widerstandes ausdrückt. Auch andere thermische Schalter, beispielsweise Bimetall-Schalter, kommen in Betracht.The time delay is inventively achieved either directly as a function of time after switching on the mains voltage or indirectly via the dependence of one or more operating states of consumption, such as a universal motor, or the environment of the consumer. By this is meant, for example, the heating of the environment, which is expressed for example by an increased resistance of a PTC resistor. Other thermal switches, such as bimetallic switches come into consideration.
Das Stellglied ist in jedem Fall so innerhalb der gesamten Schaltungsanordnung angebracht, daß sich bei Wiedereinschalten des Gerätes oder bei einem schnellen Ändern der Betriebszustände des Gerätes, beispielsweise durch einen Sprung auf maximale Leistung des Verbrauchers, aus einer Stand-by-Position heraus der gesamte Ablauf wiederholt.The actuator is in any case mounted within the entire circuit arrangement, that when you turn on the device or when changing the operating conditions of the device, for example, by jumping to maximum power of the consumer, from a stand-by position out the entire process repeated.
Insbesondere läßt sich die Schaltungsanordnung in einem Staubsauger einsetzen, dessen Motor im Gebläse einen Unterdruck erzeugt, so daß nach Unterschreiten eines bestimmten Druckwertes ein Unterdruckschalter betätigt wird, der die Verlust verursachenden Schaltungselemente der Strombegrenzungsschaltung abschaltet.In particular, the circuit arrangement can be used in a vacuum cleaner whose motor generates a negative pressure in the fan, so that after falling below a certain pressure value, a vacuum switch is actuated, which shuts off the loss-causing circuit elements of the current limiting circuit.
Als Zeitglieder eignen sich aber darüber hinaus auch Schalter mit einem zusätzlich verzögerten Schaltkontakt, beispielsweise mit einem viskos-elastischem System, elektrische Zeitgeber, beispielsweise bestehend aus einem RC-Glied, insbesondere in Verbindung mit einem Halbleiterbauelement, beispielsweise einem Transistor, oder thermoelektrische Bimetallschalter.In addition, however, timers are also switches with an additional delayed switching contact, for example with a viscous-elastic system, electrical timer, for example consisting of an RC element, in particular in conjunction with a semiconductor device, such as a transistor, or thermoelectric bimetallic switch.
Es versteht sich, daß sich die Erfindung in Verbindung mit beliebigen anderen Strombegrenzungsschaltungen, insbesondere Anlaufstrombegrenzungsschaltungen, einsetzen läßt.It is understood that the invention can be used in conjunction with any other current limiting circuits, in particular start-up current limiting circuits.
Es ist nicht unbedingt notwendig, daß überhaupt kein Strom mehr durch die Strombegrenzungsschaltung fließt. Vielmehr ist es auch ausreichend, wenn, beispielsweise durch Abnahme eines elektrischen Widerstandes durch Erwärmung, ein zu der Strombegrenzungsschaltung paralleler Strompfad elektrisch stärker leitend wird.It is not absolutely necessary that no current at all flows through the current limiting circuit. Rather, it is also sufficient if, for example, by decreasing an electrical resistance by heating, a parallel to the current limiting circuit current path becomes electrically more conductive.
Weitere vorteilhafte Ausbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further advantageous embodiments will become apparent from the dependent claims.
Nachstehend wird die Erfindung in Ausführungsbeispielen anhand der
Ein elektrischer Verbraucher, insbesondere ein Motor 1, der beispielsweise als Gebläsemotor in einem Staubsauger dient, wird eine über ein steuerbares Halbleiterschaltelement 2 in seiner Leistung gesteuert oder geregelt. Das Halbleiterschaltelement 2 ist mit seinem Steueranschluß 3 an eine Spannungsversorgung angeschlossen, die von einer Phasenanschnitt-Steuerschaltung gebildet wird. In dieser ist ein Schalter 4 angeordnet, der mit einer Netzanschlußklemme 5 verbunden ist. Nach Einschalten des Schalters 4 wird der Steueranschluß 3 des Halbleiterschaltelements 2 über ein Potentiometer 6 und über zu diesem in Reihe liegende Widerstände 7, 8 und 9 sowie ein Diac 10 als Ansteuerglied mit Spannung versorgt, so daß er in beiden Halbwellen der speisenden Netzwechselspannung zum Motor 1 durchschaltet.An electrical load, in particular a
Über einen Brückenschaltungspunkt 11, der zwischen den Widerständen 8 und 9 angeordnet ist, ist ein Kondensator 12 parallel zu dem Widerstand 9, dem Diac 10 und dem Halbleiterschaltelement 2 geschaltet. Der Kondensator 12 wird nach Einschalten der Spannung über den Schalter 4 über das Potentiometer 6 sowie die Widerstände 7 und 8 je nach Stellung des Potentiometers 6 mehr oder weniger schnell aufgeladen. Erreicht die Spannung an dem Kondensator 12 unabhängig von ihrer Polarität die Durchbruchspannung des Diacs 10, so wird dieser leitfähig, so daß der Kondensator 12 sich über eine bestimmte Zeit hin über den Widerstand 9 entlädt, bis über den Steueranschluß 3 und einen Hauptanschluß 13 des Halbleiterschaltelements 2 ein Laststrom zu einer Anschlußklemme 14 des Motors 1 fließt.Via a
Das Halbleiterschaltelement 2 ist dabei so lange leitend, wie noch ein gewisser Strom, der sogenannte Haltestrom, durch es hindurchfließt. Dabei wird von den beiden Halbwellen des Wechselstromsignals entsprechend der Stellung des Potentiometers 6 nur ein bestimmter Phasenwinkel ausgenutzt, um den Motor 1 anzutreiben.The
Zwischen einem Brückenschaltungspunkt 15, der sich zwischen den Widerständen 7 und 8 befindet, sowie der Anschlußklemme 14 des Motors 1 ist eine Strombegrenzungsschaltung angeordnet. Diese dient zur Begrenzung der Schalthysterese, die besonders nach dem Einschalten des Schalters 4, also bei Inbetriebnahme des Motors 1, auftritt. Die Strombegrenzungsschaltung 16 weist daher eine aus vier Dioden 17, 18, 19 und 20 bestehende Brückengleichrichterschaltung auf, wobei die Dioden 17 und 18 bzw. 19 und 20 jeweils so angeordnet sind, daß sie für die aneinander entgegengesetzten Halbwellen der Wechselspannung durchlässig ist. In zwei weiteren Brückenzweigen der Gleichrichterschaltung sind eine Zenerdiode 21 sowie ein Elektrolytkondensator 22 und ein Widerstand 23 angeordnet. Aufgrund der Anordnung der Dioden 17 bis 20 wird der Elektrolytkondensator 22 nur mit Gleichspannung versorgt, wobei die Zenerdiode 21 die Spannung zum Laden des Elektrolytkondensators 22 begrenzt. Die Funktionsweise der Steuerbegrenzungsschaltung 16 ist somit die, daß zunächst bis zum Erreichen der von der Zenerdiode 21 maximal zugelassenen Spannung der Elektrolytkondensator 22 geladen wird und erst nach Überschreiten dieser Spannung der Kondensator 12 aufgeladen wird. Dabei dient der Widerstand 23 als Entladewiderstand für den Elektrolytkondensator 22.Between a
Da die Strombegrenzungsschaltung 16 jedoch ihrerseits Strom verbraucht, ist es nur in der Zeit nach dem Einschalten des Netzes oder nach einer Leistungserhöhung des Verbrauchers erwünscht, daß der Hystereseeffekt der Phasenanschnittsteuerschaltung begrenzt wird. Nach einer gewissen Zeitdauer, die in Abhängigkeit von der Dimensionierung der Widerstände 7, 8 und 9 sowie der Position des Potentiometers 6 verschieden ist, wird erfindungsgemäß die Strombegrenzungsschaltung 16 ausgeschaltet, wozu ein zwischen dem Brückenschaltungspunkt 15 und dem Eingang der Strombegrenzungsschaltung 16 angeordneter Schalter 24 vorgesehen ist.However, since the current limiting
Alternativ ist anstelle des Schalters 24 zwischen dem Ausgang der Strombegrenzungsschaltung 16 und einem Brückenschaltungspunkt 25 ein Schalter 26 vorgesehen (
In einem weiteren Ausführungsbeispiel (
Ein Schalter 29 (
Der in
Alternativ ist der Schalter 27 in einem weiteren Ausführungsbeispiel (
In einer anderen Ausführungsform (
In einer anderen Ausführungsform (
Es versteht sich, daß die in
Die Erfindung läßt sich universell bei allen motorischen Geräten mit einem Motor, beispielsweise einem Universalmotor und einer mit Strombegrenzung einsetzen, wobei es ausreicht, wenn die Strombegrenzungsschaltung aus einem RC-Glied besteht, das parallel zur Phasenanschnittsteuerschaltung geschaltet ist. Durch den Einsatz der Erfindung werden Spannungsverluste durch die Strombegrenzungsschaltung minimiert.The invention can be used universally in all motor devices with a motor, such as a universal motor and one with current limiting, it being sufficient if the current limiting circuit consists of an RC element which is connected in parallel to the phase control circuit. By the use of the invention voltage losses are minimized by the current limiting circuit.
Claims (8)
- Circuit arrangement for power control of an electrical consumer, particularly a motor (1) in a vacuum cleaner, by which the power of the consumer is controllable by a controllable semiconductor switching element (2) and in which a current limiting circuit (16) for load-current limitation of the consumer is arranged, characterised in that a switching means (24, 26, 27, 29; 27a, 27b; 33, 34), which is associated with the current limiting circuit and which after the conclusion of the start-up phase or of a run-up phase of the consumer is switchable in such a manner that the current limiting circuit (16) is at least substantially free of current, is provided, wherein the switching means (24, 26, 27, 29; 27a, 27b; 33, 34) is a switch (33, 34) switching with a time delay and wherein the time delay is attainable either directly in dependence on the time after the switching-on of the mains voltage or indirectly by way of the dependence of one or more operating states of the consumer or of the environment of the consumer.
- Circuit arrangement according to claim 1, characterised in that the switching means is a switch (24, 26), which has switch contacts, at the input or output of the current limiting circuit (16).
- Circuit arrangement according to claim 1, characterised in that the switching means is a switch (27) which is arranged in a current path parallel to an input resistance (7) of the current limiting circuit (16) and which is closable after the conclusion of the start-up or run-up phase of the consumer.
- Circuit arrangement according to claim 1, characterised in that the switching means is a switch (29) between the input of the current limiting circuit (16) and a current path bypassing it, which switch can be switched over after the conclusion of the start-up or run-up phase of the consumer.
- Circuit arrangement according to claim 3 or 4, characterised in that the switching means is a thermal switch.
- Circuit arrangement according to claim 5, characterised in that the switch is a PTC or an NTC resistor (27b, 32).
- Circuit arrangement according to any one of claims 1 to 4, characterised in that the switching means is a negative-pressure switch (27a).
- Circuit arrangement according to claim 7, characterised in that the negative pressure switch (27a) is arranged in the air suction channel of a vacuum cleaner.
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